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文檔簡介
1、<p> 本科生畢業(yè)設(shè)計說明書</p><p> 題 目:無縫廠加熱爐出料機(jī)械手設(shè)計—機(jī)械部分</p><p><b> 學(xué)生姓名:</b></p><p><b> 學(xué) 號:</b></p><p><b> 專 業(yè):</b></p
2、><p><b> 班 級:</b></p><p><b> 指導(dǎo)教師:</b></p><p> Φ35m環(huán)型加熱爐出料機(jī)械手</p><p><b> 摘要</b></p><p> 本文主要針對無縫鋼管廠Φ35m環(huán)型加熱爐出料機(jī)械手進(jìn)
3、行設(shè)計。行走小車在機(jī)架上做水平直線運(yùn)動,并帶動夾料桿至加熱爐前,再通過升降驅(qū)動液壓缸驅(qū)動同步擺桿機(jī)構(gòu)使夾料桿完成升降運(yùn)動,最后通過旋轉(zhuǎn)用液壓缸驅(qū)動夾料桿旋轉(zhuǎn)完成夾料工作。</p><p> 設(shè)計中包括以下內(nèi)容:介紹機(jī)械手分類及主要技術(shù)指標(biāo),確定本設(shè)計任務(wù)中出料上次保存者:uyfg機(jī)械手采用的方案;對出料機(jī)械手的參數(shù)進(jìn)行設(shè)計計算;計算選擇液壓元件及緩沖元件,以及對主要機(jī)械部件的強(qiáng)度校核。</p>&
4、lt;p> 關(guān)鍵詞:環(huán)型加熱爐;機(jī)械手;控制;吊掛擺動裝置</p><p> Φ35m Ring of Steel Furnace Manipulator</p><p><b> Abstract</b></p><p> This article will focus on the discharging manipulato
5、r design of Φ35m ring furnace in the seamless steel pipe plant.The walking trolley that does a straight line on the pedestal promotes the clip materials bar to the furnace,and then promotes it doing Lifting exercise thro
6、ugh synchronous pendulum body driven by the lifting driving hydraulic cylinder, and finally with a rotating hydraulic cylinder drives the clip materials bar to complete the clip materials work.</p><p> Desi
7、gn includes the following: includuction manipulator classification and the main technical indicators, deternination the design task with a steel manipulator; parameters design and calculated of the steel ,the choice of h
8、ydraulic components and buffer components ,as well as the strength check of the main mechanical components.</p><p> Keywords: Ring-type furnace; manipulator; control; hanging swing mechanism</p><
9、p><b> 目 錄</b></p><p><b> 摘要I</b></p><p> AbstractII</p><p><b> 第一章 緒 論1</b></p><p><b> 1.1 概述1</b></p>
10、<p> 1.2 機(jī)械手的組成及分類1</p><p> 1.2.1 機(jī)械手的組成1</p><p> 1.2.2 機(jī)械手的分類3</p><p> 1.3 機(jī)械手的主要技術(shù)指標(biāo)4</p><p> 1.4 機(jī)械手的靜力和動力分析5</p><p> 1.4.1 靜力分析5<
11、/p><p> 1.4.2 動力分析6</p><p> 1.5 工業(yè)機(jī)械手的技術(shù)發(fā)展方向6</p><p> 第二章 環(huán)型加熱爐及出料機(jī)械手8</p><p> 2.1 環(huán)型加熱爐8</p><p> 2.1.1 環(huán)型加熱爐的結(jié)構(gòu)8</p><p> 2.1.2 環(huán)型加熱爐的
12、優(yōu)缺點(diǎn)9</p><p> 2.1.3 環(huán)型加熱爐的工作過程10</p><p> 2.2 出料機(jī)械手10</p><p> 2.3 設(shè)計專題部分11</p><p> 第三章 出料機(jī)械手的方案確定12</p><p> 3.1 可選方案12</p><p> 3.1.1
13、 方案一12</p><p> 3.1.2 方案二13</p><p> 3.1.3 方案三15</p><p> 3.2 技術(shù)—經(jīng)濟(jì)評價法擇優(yōu)15</p><p> 3.2.1 技術(shù)評價15</p><p> 3.2.2 經(jīng)濟(jì)評價16</p><p> 3.2.3 技術(shù)
14、—經(jīng)濟(jì)綜合評價16</p><p> 第四章 出鋼機(jī)械手參數(shù)設(shè)計計算18</p><p> 4.1 機(jī)械手組成18</p><p> 4.2 出料機(jī)械手的循環(huán)動作20</p><p> 4.3 主要參數(shù)的設(shè)計計算21</p><p> 4.3.1 初定行程用時21</p><p
15、> 4.3.2 旋轉(zhuǎn)用液壓缸負(fù)載壓力22</p><p> 4.3.3 吊掛擺動裝置液壓缸負(fù)載壓力計算23</p><p> 4.3.4 同步擺桿機(jī)構(gòu)尺寸計算24</p><p> 4.3.5 夾料桿升降驅(qū)動液壓缸負(fù)載壓力計算25</p><p> 4.3.6 車輪驅(qū)動力的計算28</p><p&
16、gt; 第五章 液壓缸及減速緩沖元件的選用31</p><p> 5.1 液壓馬達(dá)選擇31</p><p> 5.2 液壓缸選擇31</p><p> 5.2.1 夾鉗啟閉用液壓缸的選擇31</p><p> 5.2.2 升降驅(qū)動液壓缸的選擇33</p><p> 5.2.3 吊掛擺動液壓缸的選擇
17、33</p><p> 5.3 減速器選擇34</p><p> 5.4 緩沖裝置簡介及其選用35</p><p> 第六章 部分部件設(shè)計及其強(qiáng)度校核37</p><p> 6.1 夾料桿旋轉(zhuǎn)嚙合齒輪設(shè)計37</p><p> 6.2 夾料桿強(qiáng)度校核42</p><p>&
18、lt;b> 結(jié)束語48</b></p><p><b> 參考文獻(xiàn)49</b></p><p><b> 緒 論</b></p><p><b> 概述</b></p><p> 工業(yè)機(jī)械手是近30年來發(fā)展起來的一種模仿人手動作,并按設(shè)定的程序、
19、軌跡和要求代替人手抓取、搬運(yùn)工件或操持工具或進(jìn)行操作的高科技自動化裝置,在結(jié)構(gòu)和性能上兼有人和機(jī)器各自的優(yōu)點(diǎn),尤其是體現(xiàn)了人的智能性和適應(yīng)性,能夠提高勞動生產(chǎn)率和自動化水平,能夠減輕生產(chǎn)工人的繁重、重復(fù)的體力勞動,并且能在高溫、高壓、低溫、粉塵、有毒氣體和放射性污染等環(huán)境中代替人工作。工業(yè)機(jī)械手在我國工業(yè)生產(chǎn)中得到了廣泛的應(yīng)用,在促進(jìn)生產(chǎn)過程自動化方面起了巨大作用。</p><p> 機(jī)械手技術(shù)涉及力學(xué)、機(jī)械學(xué)
20、、電氣液壓技術(shù)、自控技術(shù)、傳感器技術(shù)和計算機(jī)技術(shù)等領(lǐng)域,是一門跨學(xué)科的綜合技術(shù)。而且機(jī)械手機(jī)構(gòu)學(xué)乃是機(jī)器人的主要基礎(chǔ)理論和關(guān)鍵技術(shù),也是現(xiàn)代機(jī)械原理研究的重要內(nèi)容。</p><p><b> 機(jī)械手的組成及分類</b></p><p><b> 機(jī)械手的組成</b></p><p> 工業(yè)機(jī)械手的結(jié)構(gòu)有簡單的也有復(fù)雜
21、的。但從結(jié)構(gòu)形式分析,主要有執(zhí)行機(jī)構(gòu)、驅(qū)動系統(tǒng)和控制系統(tǒng)所組成,各部分關(guān)系如圖1.1所示,機(jī)械手的組成示意圖如圖1.2所示。</p><p><b> 一、執(zhí)行機(jī)構(gòu)</b></p><p> 執(zhí)行機(jī)構(gòu)由抓取部分(手部)、腕部、臂部和行走機(jī)構(gòu)等運(yùn)動部件組成。</p><p> 1. 手部 即直接與工件接觸的部分,一般是回轉(zhuǎn)型或平移型(多
22、為回轉(zhuǎn)型,因其結(jié)構(gòu)簡單)。手爪多為兩指;根據(jù)需要分為外爪式或內(nèi)爪式兩種;也可用負(fù)壓式或真空式的空氣吸盤(它主要用于吸取冷的,光滑表面的零件或薄板零件)和電磁吸盤。</p><p> 2. 腕部 即連接手部和手臂的部件,并可用來調(diào)整被抓物體的方位(即姿態(tài))。它可以有上下擺動、左右擺動和繞自身軸線的回轉(zhuǎn)三個運(yùn)動。如有特殊要求(將軸類零件放在頂尖上,將筒類、盤類零件卡在卡盤上等),手腕還可以有一個小距離的橫移
23、。也有的工業(yè)機(jī)械手沒有腕部自由度。</p><p> 3. 臂部 手臂是支承被抓物體、手部、腕部的重要部件。手臂的作用是帶動手指去抓取物件,并按預(yù)定要求將其搬運(yùn)到給定的位置。</p><p> 4. 行走機(jī)構(gòu) 有的工業(yè)機(jī)械手設(shè)有行走機(jī)構(gòu)。</p><p><b> 二、驅(qū)動機(jī)構(gòu)</b></p><p>
24、有氣動、液動、電動和機(jī)械式四種形式。氣動式速度快,結(jié)構(gòu)簡單,成本低。采用點(diǎn)位控制或機(jī)械擋塊定位時,有較高的重復(fù)定位精度,但臂力一般在300N以下。液動式的出力人,臂力可達(dá)1000N以上,且可用電液伺服機(jī)構(gòu),可實(shí)現(xiàn)連續(xù)控制,使工業(yè)機(jī)械手的用途和通用性更廣,定位精度一般在1mm范圍內(nèi)。目前常用的是氣動和液動驅(qū)動方式。電動式用于小型,機(jī)械式只用于動作簡單的場合。</p><p><b> 三、控制系統(tǒng)<
25、;/b></p><p> 有點(diǎn)動控制和連續(xù)控制兩種方式。大多數(shù)用插銷板進(jìn)行點(diǎn)位程序控制,也有采用可編程序控制器控制、微型計算機(jī)數(shù)字控制,采用凸輪、磁盤磁帶、穿孔卡等記錄程序。主要控制的是坐標(biāo)位置,并注意其加速度特性。</p><p><b> 四、基體(機(jī)身)</b></p><p> 基體是整個機(jī)械手的基礎(chǔ)。</p>
26、<p><b> 機(jī)械手的分類</b></p><p> 目前,我國對工業(yè)機(jī)械手尚無較為統(tǒng)一的分類標(biāo)準(zhǔn)。一般可按機(jī)械手的規(guī)格、功能或用途等來分類。</p><p> 一、按規(guī)格(所搬運(yùn)的工件重量)分類</p><p> 1)微型的——搬運(yùn)重量在1kg以下。</p><p> 2)小型的——搬運(yùn)重量
27、在10kg以下。</p><p> 3)中型的——搬運(yùn)重量在50kg以下。</p><p> 4)大型的——搬運(yùn)重量在500kg以上。</p><p><b> 二、按功能分類</b></p><p> 1.簡易型工業(yè)機(jī)械手 有固定程序和可變程序兩種。固定程序由凸輪轉(zhuǎn)鼓或擋塊轉(zhuǎn)鼓控制,可變程序用插銷板或轉(zhuǎn)鼓控
28、制來給定程序。近年來,普遍采用可編程序控制器(PC)組成控制系統(tǒng)。</p><p> 這種機(jī)械手多為氣動或液動,結(jié)構(gòu)簡單,價格便宜,改變程序較容易。只適用于程序較簡單的點(diǎn)位控制,但作為一般單機(jī)服務(wù)的搬運(yùn)作業(yè)已足夠。所以,目前這種工業(yè)機(jī)械手?jǐn)?shù)量最多。</p><p> 2.記憶再現(xiàn)型工業(yè)機(jī)械手 這種工業(yè)機(jī)械手由人工通過示教裝置領(lǐng)動一遍,由記憶元件(如磁盤、磁帶或存儲器)把程序記錄下來
29、,以后機(jī)械手就自動按記憶的程序重復(fù)進(jìn)行循環(huán)動作。</p><p> 這是采用較多的一種,多為電液伺服驅(qū)動。與前者比較,有較多的自由度,能進(jìn)行程序較復(fù)雜的作業(yè),通用性較廣。</p><p> 3.計算機(jī)數(shù)字控制的工業(yè)機(jī)械手 可通過更換穿孔帶或其它記憶介質(zhì)來改變工業(yè)機(jī)械手的動作程序,還可以進(jìn)行多機(jī)控制。計算機(jī)可以是可編程序控制器或微型計算機(jī)。</p><p>
30、 4.智能工業(yè)機(jī)械手(機(jī)器人) 由電子計算機(jī)通過各種傳感元件等進(jìn)行控制,具有視覺、熱覺、觸覺、行走機(jī)構(gòu)等。</p><p><b> 三.按用途分類</b></p><p> 1.專用機(jī)械手 附屬于主機(jī)的、具有固定程序而無獨(dú)立控制系統(tǒng)的機(jī)械裝置。這種機(jī)械手工作對象不變,動作固定,結(jié)構(gòu)簡單,使用可靠,適用于成批、大量生產(chǎn)的生產(chǎn)自動線或?qū)C(jī)作為自動上、下料用。
31、</p><p> 2.通用機(jī)械手 具有獨(dú)立控制系統(tǒng)、程序可變、動作靈活多樣的機(jī)械手。通用機(jī)械手的工作范圍大,定位精度高,通用性強(qiáng),適用于工件經(jīng)常變換的中、小批量自動化生產(chǎn)。</p><p> 機(jī)械手的主要技術(shù)指標(biāo)</p><p> 工業(yè)機(jī)械手的技術(shù)指標(biāo)很多,下面主要介紹一些與機(jī)械手有關(guān)的技術(shù)指標(biāo)。</p><p> 自由度
32、即用來確定手部相對機(jī)座的位置和姿態(tài)的獨(dú)立能變數(shù)的數(shù)目。它等于機(jī)械手獨(dú)立驅(qū)動的關(guān)節(jié)數(shù)目。自由度是反映機(jī)械手的通用性和適應(yīng)性的一項(xiàng)重要指標(biāo)。自由度越多,就更能接近人手的動作機(jī)能,通用性更好,但結(jié)構(gòu)也更復(fù)雜。目前,一般的通用工業(yè)機(jī)械手大多為5個自由度左右,但已能滿足多種作業(yè)的要求。</p><p> 工作空間 即機(jī)械手的工作范圍,通常以手腕中心點(diǎn)在機(jī)械手運(yùn)動的所占有的體積來表示。我們把機(jī)械手能對操作對象完成操作的
33、那一部分空間稱為看管區(qū)域或工作區(qū)域。</p><p> 靈活度 是指機(jī)械手末端執(zhí)行器在工作時,所能采取的姿態(tài)的多少。若能從各個方位抓取物體,則其靈活度最大;若只能從一個方位抓取物體,則其靈活度最小。</p><p> 此外,用來表征工業(yè)機(jī)械手操作性能的技術(shù)指標(biāo)還有負(fù)荷能力,快速動作特性,重復(fù)定位精度及能量消耗等等。</p><p> 機(jī)械手的靜力和動力分析
34、</p><p> 對機(jī)器的操作進(jìn)行靜力分析和動力分析是機(jī)械手操作機(jī)設(shè)計,以及其驅(qū)動裝置和控制系統(tǒng)設(shè)計的基礎(chǔ)。</p><p><b> 靜力分析</b></p><p> 機(jī)械手靜力分析的目的是確定機(jī)械手在靜力平衡狀態(tài)下,各關(guān)節(jié)力與末端執(zhí)行器上外力、外力矩間的關(guān)系,為機(jī)械手的設(shè)計提供初步依據(jù)。</p><p>
35、 在機(jī)械手中,任取兩桿i與i+1,設(shè)作用在桿i+1上的力Fi+1和力矩Mi+1在坐標(biāo)系i+1中表示為Fi+1(i+1)和Mi+1(i+1);桿i上的重力Gi在機(jī)座坐標(biāo)系x0y0z0中表示為Gi(0)。再設(shè)桿i上Si點(diǎn)和Oi點(diǎn)在坐標(biāo)系xiyizi中的位置矢量為rsi和ri+1。當(dāng)不考慮摩擦?xí)r,將這些力和力矩簡化到坐標(biāo)系xiyizi中,可得:</p><p> Fi(i)= Fi+1(i)+Gi(i)=Ri+1,i
36、Fi+1(i+1)+Ri0Gi(0)(1—1)</p><p> Mi(i)=Mi+1(i)+ri+1×Fi+1(i)+rsi×Gi(i)=Ri+1,iMi+1(i+1)+ri+1×Ri+1,iFi+1(i+1)+rsi×Ri0Gi(0)</p><p><b> (1—2)</b></p><p>
37、; 式中Ri+1,i和Ri0為坐標(biāo)旋轉(zhuǎn)變的矩陣,恰在此時與運(yùn)動分析為逆變換。上述兩式為兩相鄰桿間力的傳遞關(guān)系。</p><p> 如設(shè)作用在機(jī)械手末端執(zhí)行器上P點(diǎn)外力和外力矩為FW(0)和MW(0),同時考慮各桿自量的影響,則經(jīng)逆推可求得關(guān)節(jié)點(diǎn)Oi上的力和力矩分別為:</p><p> F0i(i) =Ri0FW(0)+ (1—3)</p><p> M0
38、i(i) =Ri0MW(0)+rsj×Rj0Gj(0) (1—4)</p><p> 求出力F0i(i) 和力矩M0i(i) 在 xi和zi 軸上的分量,即得到關(guān)節(jié)力和關(guān)節(jié)力矩。取其反號值,即為使桿件保持靜力平衡應(yīng)由驅(qū)動機(jī)提供的關(guān)節(jié)驅(qū)動力或驅(qū)動力矩。</p><p><b> 動力分析</b></p><p> 當(dāng)考慮慣性力
39、的影響時,對機(jī)械手進(jìn)行的力分析即為動力分析。與前面平面機(jī)構(gòu)力分析相似,機(jī)械手的動力分析可將慣性力視為一般外力加于產(chǎn)生慣性力的構(gòu)件上,而仍將機(jī)械手視為處于靜力平衡狀態(tài),然后即可用前述機(jī)械手靜力分析的方法進(jìn)行力的分析。</p><p> 工業(yè)機(jī)械手的技術(shù)發(fā)展方向</p><p> 國內(nèi)外實(shí)際上使用的定位控制的機(jī)械手,沒有“視覺”和“觸角”反饋。目前,世界各國正積極研制帶有“視角”和“觸角”
40、的工業(yè)機(jī)械手,使它能對所抓取助工件進(jìn)行分辨,選取所需要的工件,并正確地夾持工件,進(jìn)而精確地在機(jī)器中定位、定向。</p><p> 為使機(jī)械手有“眼睛”去處理方位變化的工件和分辨形狀不同的零件,它由視覺傳感器輸入三個視圖方向的視覺信息,通過計算機(jī)進(jìn)行圖形分辨,判別是否是所要抓取的工件。</p><p> 為防止握力過大引起物件損壞或握力過小引起物件滑落下來,一般采用兩種方法:一是檢測把握
41、物體手臂的變形,以決定適當(dāng)?shù)奈樟Γ涣硪环N是直接檢測指部與物件的滑動位移,來修正握力。</p><p> 因此,這種機(jī)械手就具有以下幾個方面的性能:</p><p> 1)能準(zhǔn)確地抓住方位變化的物體。</p><p> 2)能判斷對象的重量。</p><p> 3)能自動避開障礙物。</p><p> 4)抓空
42、或抓力不足時能檢測出來。</p><p> 這種具有感知能力并能對感知的信息作出反應(yīng)的工業(yè)機(jī)械手稱為智能機(jī)械手,它是有發(fā)展前途的。</p><p> 現(xiàn)在,工業(yè)機(jī)械手的使用范圍只限于在簡單重復(fù)的操作方面節(jié)省人力,其效用是代替人從事繁重的工作和危險的工作,在惡劣環(huán)境下尤其明顯。至于在汽車工業(yè)和電子工業(yè)之類的費(fèi)工的工業(yè)部門,機(jī)械手的應(yīng)用情況決不能說是很好的。雖然這些工業(yè)部門工時不足的問題很
43、尖銳,但采用機(jī)械手只限于一小部分工序。其原因之一是,工業(yè)機(jī)械手的性能還不能滿足這些部門的要求,適于機(jī)械手工作的范圍很狹小。另外經(jīng)濟(jì)性問題當(dāng)然也很重要,采用機(jī)械手來節(jié)約人力從經(jīng)濟(jì)上看不一定總是合算的。然而,利用機(jī)械手或類似機(jī)械設(shè)備節(jié)省人力和實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)合理化的要求,今后還會持續(xù)增長,只要技術(shù)方面和價格方面存在的問題獲得解決,機(jī)械手的應(yīng)用必將會飛躍發(fā)展。</p><p> 環(huán)型加熱爐及出料機(jī)械手</p>
44、<p><b> 環(huán)型加熱爐</b></p><p> 隨著鋼鐵工業(yè)技術(shù)的發(fā)展,為適應(yīng)高速、高精度連續(xù)軋機(jī)及快鍛、精鍛設(shè)備的要求,環(huán)型加熱爐得到了較快發(fā)展。環(huán)型加熱爐是工業(yè)爐中爐型結(jié)構(gòu)復(fù)雜、機(jī)械化程度和裝備水平較高的一種,一般適用于無縫鋼管穿孔前的加熱。根據(jù)加熱管坯尺寸的不同,環(huán)型加熱爐的直徑也有所不同,但基本結(jié)構(gòu)均無很大的差異。環(huán)型加熱爐適合于加熱異型鋼坯,坯料間隔布置,三面
45、受熱,加熱時間短,溫度均勻;可根據(jù)要求改變爐內(nèi)布料、改變加熱溫度。環(huán)型加熱爐適合大批量生產(chǎn)的要求,有利于實(shí)現(xiàn)機(jī)械化和自動化。</p><p><b> 環(huán)型加熱爐的結(jié)構(gòu)</b></p><p> 環(huán)型加熱爐是借爐底的旋轉(zhuǎn),使放置在爐底上的管坯由裝料口移到出料口的一種爐型。爐子用側(cè)進(jìn)料、側(cè)出料的方式,并且用側(cè)燒嘴加熱。環(huán)型加熱爐由轉(zhuǎn)動爐底和固定爐墻、爐頂組成。整個環(huán)
46、型加熱爐看起來為一個立體圓環(huán)。沿爐子圓周方向可分為幾個段,如預(yù)熱段、一加熱段、二加熱段、均熱段、清渣段等。段與段之間用隔墻隔開,有些段采用水冷隔墻。爐底和爐墻之間的環(huán)逢采用水封以防止熱量和煙氣散出。</p><p> 清渣段:沒有坯料,供清渣用。</p><p> 預(yù)熱段:不安燒嘴,只靠爐內(nèi)煙氣對管坯加熱,起到節(jié)能降耗的作用。</p><p> 一加熱段:開始
47、安裝燒嘴,是供熱的主要段,也是提高產(chǎn)量的主要段。</p><p> 二加熱段:是供熱的主要段,也是提高質(zhì)量的主要段。</p><p> 均熱段:在這段里最大限度地消除管坯表面和中心的溫度差,提高管坯的加熱質(zhì)量。</p><p> 環(huán)型加熱爐結(jié)構(gòu)上沒有明顯的分段,主要靠燒嘴的配置和供熱強(qiáng)度來控制溫度制度。各段的長度并不固定,例如爐子在低負(fù)荷下工作時,就可以關(guān)閉一
48、部分加熱段的燒嘴,預(yù)熱段就相對延長。</p><p> 為了使?fàn)t子各段的溫度更符合加熱工藝的要求,環(huán)型加熱爐都設(shè)有水冷梁支托的吊掛式隔墻。隔墻的數(shù)目和位置不一定,一般設(shè)有三道隔墻:(1)在加熱段和預(yù)熱段之間設(shè)一道隔墻,減少加熱段向預(yù)熱段的熱輻射;(2)在均熱段和出料口之間設(shè)一道隔墻,防止因出料口經(jīng)常開啟而降低均熱段的溫度,還防止均熱段熱氣直接進(jìn)入排煙道;(3)在裝料口與出料口之間也有一道隔墻(有時有兩道),以避
49、免裝料口吸入冷風(fēng),對出料口的熱管坯造成不良影響,也防止均熱段熱氣短路,直接進(jìn)入排煙道。隔墻距離爐底的間隔高度,應(yīng)保證加熱最大直徑的管坯時能自由通過,還考慮到氧化鐵皮在爐底上的堆積,故間隔高度一般約為140mm。</p><p> 環(huán)型加熱爐一般由混合煤氣、天然氣等可燃?xì)怏w供熱,各段供熱可以單獨(dú)進(jìn)行控制。燒嘴均安裝在內(nèi)外環(huán)墻上。爐底一般由若干電機(jī)驅(qū)動,目前均實(shí)現(xiàn)變頻調(diào)速控制。另外,裝料和卸料由電機(jī)或馬達(dá)等驅(qū)動的小
50、車完成。</p><p><b> 環(huán)型加熱爐的優(yōu)缺點(diǎn)</b></p><p> 環(huán)型加熱爐具有以下的優(yōu)點(diǎn):</p><p> (1)爐子的轉(zhuǎn)速和管坯之間的間隔距離可以準(zhǔn)確地控制,各段的溫度可以根據(jù)需要通過調(diào)整供熱量及利用中間煙道實(shí)行控制。爐子的產(chǎn)量、熱工制度等都有較大的靈活性。</p><p> (2)由于管坯
51、之間有間隙,三面受熱,溫度均勻,沒有水管黑印,加熱質(zhì)量好。</p><p> (3)可以加熱推送式爐和步進(jìn)式爐所不能加熱的異型管坯。</p><p> (4)和斜底爐相比,加熱圓坯時不需要翻料,沿爐長沒有高度差,漏人的空氣少,甚至可以采取微正壓操作,燒損率比推送式連續(xù)加熱爐減少1.5%~2%。</p><p> (5)爐子可以排空,避免停軋時管坯在爐內(nèi)長期停留
52、,便于更換管坯規(guī)格。</p><p> (6)由于幾乎沒有什么水冷件,熱耗比較低。</p><p><b> 環(huán)型加熱爐的缺點(diǎn):</b></p><p> (1)機(jī)械設(shè)備復(fù)雜,占地面積大,投資費(fèi)用高。</p><p> (2)管坯之間有間隙,爐底面積利用率低,爐底強(qiáng)度只及推送式爐的一半左右。</p>
53、<p> (3)裝料門和出料門相距很近,送料與出料的區(qū)域很窄,操作不方便。</p><p> 環(huán)型加熱爐的工作過程</p><p> 環(huán)型加熱爐的管坯料為圓柱狀,一般沿徑向布置。正常工作時爐底按一定速度旋轉(zhuǎn),每轉(zhuǎn)動一個料位便停一下,在停止轉(zhuǎn)動的時間內(nèi)完成向一個料位裝料并從出料口卸下一根坯料給軋鋼機(jī)。然后,爐底繼續(xù)旋轉(zhuǎn),如此連續(xù)不斷地運(yùn)行。在爐底旋轉(zhuǎn)一周后,坯料剛好經(jīng)過預(yù)熱
54、段、一加熱段、二加熱段、均熱段完成對坯料的均勻加熱最后被送出加熱爐。而燃料和助燃空氣則經(jīng)各段燒嘴噴入爐膛燃燒,廢氣經(jīng)煙道排除煙囪。</p><p><b> 出料機(jī)械手</b></p><p> 出料機(jī)械手是生產(chǎn)制造中的一個重要部分,針對加熱爐有一個出料門和一個上料門。有的加熱爐僅有一個門,集出料和上料于一體。出料機(jī)械手位于出料門前側(cè)或上側(cè),將管坯夾取出爐的一個裝
55、置,然后將管坯放于爐前的軌道,傳送至加工裝置。</p><p> 出料機(jī)械手是針對專項(xiàng)管坯加工設(shè)備進(jìn)行的專門設(shè)計,應(yīng)用到力學(xué)、熱學(xué)、摩擦學(xué)以及傳感器等多方面的知識。本次設(shè)計是針對包鋼集團(tuán)無縫鋼管廠小無縫的φ35mm加熱爐進(jìn)行的設(shè)計。出料機(jī)械手中用到的液壓缸和傳動部件用的是國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)系列產(chǎn)品。液壓缸的選取全選自江蘇無錫液壓缸廠,控制精度難度中下級別,而對于天津大無縫的出料機(jī)械手中所用到的是德國力士樂公司用到的液壓缸
56、,控制精度相對比較高,其控制基于ST—200PLC控制,在國內(nèi)處于領(lǐng)先水平,但其設(shè)計也是針對加熱爐出料機(jī)進(jìn)行的專項(xiàng)設(shè)計。</p><p><b> 設(shè)計專題部分</b></p><p> 本次設(shè)計是針對包鋼集團(tuán)無縫鋼管廠φ35m加熱爐出料進(jìn)行的專項(xiàng)設(shè)計。</p><p> φ35m加熱爐是包鋼集團(tuán)無縫鋼管廠生產(chǎn)工藝流程中的一個重要設(shè)備,無
57、縫鋼管廠主要生產(chǎn)工藝路線:管坯鋸—管坯加熱—穿孔機(jī)—連軋機(jī)—脫管機(jī)—再加熱爐—定徑機(jī)—冷床—管排鋸—矯直機(jī)—探傷—倒棱—熱處理—包裝發(fā)行,管坯鋸斷以后,再將斷坯送入至加熱爐,即裝料,然后在加熱爐里加熱至合適溫度,使得管坯在比較適合穿孔的溫度下出料,本次設(shè)計就是針對其出料結(jié)構(gòu)進(jìn)行的一個專項(xiàng)設(shè)計。</p><p> 本次設(shè)計主要是根據(jù)設(shè)計給定的參數(shù),利用我們所學(xué)專業(yè)知識以及制圖知識,設(shè)計出合理的夾料出料裝置,完成主
58、要部件框架的組合設(shè)計以及部分零件的強(qiáng)度校核,最后對部分零件進(jìn)行壽命預(yù)算,最后畫出裝配圖及零件圖。</p><p> 出料機(jī)械手的方案確定</p><p><b> 可選方案</b></p><p><b> 方案一</b></p><p> 出料機(jī)械手要想完成從加熱爐中夾取出管坯的任務(wù),必須
59、存在水平面內(nèi)的直線運(yùn)動、豎直面內(nèi)的升降運(yùn)動以及旋轉(zhuǎn)運(yùn)動,所以有必要設(shè)計一個支撐機(jī)械手完成上述動作的機(jī)架。該機(jī)架設(shè)有一正對爐門并高于爐門的長直軌道來支撐行走小車。水平軌道長度大于小車行程,約46m(小車水平行程約8.1m,回轉(zhuǎn)加熱爐直徑為35m,小車允許運(yùn)行的有效行程為10m)</p><p> 行走小車動力源選用一個電動機(jī),經(jīng)減速器減速后,輸入到行走小車主動輪,從而驅(qū)動行走小車完成水平面內(nèi)直線運(yùn)動的動作,在行走
60、小車的終了軌道上設(shè)置一限動橫梁,并在小車減速器輸出端設(shè)置一緩沖裝置來保證行走小車停止時的迅速可靠。</p><p> 行走小車夾料桿的升降運(yùn)動主要是通過一個用電液伺服閥的同步回路(如圖3.1所示)驅(qū)動兩個液壓缸同步伸縮以及滑輪同步機(jī)構(gòu)(如圖3.2所示)來實(shí)現(xiàn)的,兩液壓缸分別與一滑輪同步機(jī)構(gòu)相連來支承夾料桿前后兩個支點(diǎn)使夾料桿做升降運(yùn)動,液壓缸以及滑輪機(jī)構(gòu)的同步性可保證夾料桿始終處于水平。</p>
61、<p> 夾料桿的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動是由一個液壓缸配合夾料桿上中間部位的兩個特殊凸耳來實(shí)現(xiàn)的,通過液壓缸的伸縮來使兩個夾料桿實(shí)現(xiàn)正反轉(zhuǎn)(如圖3.3所示)。</p><p> 該方案控制的夾料動作反應(yīng)快速準(zhǔn)確,特別是選用的同步的回路同步精度很高,伺服閥與換向閥要求有相同的流量,規(guī)格尺寸必須選擇很大,價格也相當(dāng)昂貴,特別是行走下車車體上要同時固定五個大行程液壓缸,因此,行走小車在體積和材料剛度的選用方面都有特殊的
62、要求,但是其無論在效率還是在壽命方面的性能都比較好。</p><p><b> 方案二</b></p><p> 方案二與方案一驅(qū)動小車的動力源有所不同,小車水平驅(qū)動是靠一個液壓馬達(dá)驅(qū)動減速器,經(jīng)減速器調(diào)速后減速,輸出到行走小車主動輪,驅(qū)動小車在水平軌道上前進(jìn)后退,此處選擇液壓馬達(dá)驅(qū)動可使整個機(jī)構(gòu)的動力源一致。</p><p> 行走小車
63、夾料桿的升降驅(qū)動是由一個液壓缸和一個特殊的同步擺桿機(jī)構(gòu)共同來控制(如圖3.4所示),A、B和C三點(diǎn)均固定在車體上,該機(jī)構(gòu)雖然可以實(shí)現(xiàn)夾料桿升降方面的同步性,但是D、E兩點(diǎn)做的是圓周運(yùn)動,F(xiàn)點(diǎn)也是圓周運(yùn)動,也就是說,D、E兩點(diǎn)在做上下運(yùn)動時也要在水平方向上做前后運(yùn)動,因此就必須存在一個補(bǔ)償運(yùn)動,所以對此還專門設(shè)計了一個吊掛擺動裝置,來補(bǔ)償其水平垂直方向的微動。吊掛擺動裝置的驅(qū)動也是靠一個重型液壓缸來實(shí)現(xiàn)的。</p><
64、p> 圖3.4 同步擺桿機(jī)構(gòu)</p><p> 1—液壓缸 2 、4—曲柄 3—連桿</p><p> 夾料桿的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動是通過一個液壓缸配合夾料桿上的凸耳來實(shí)現(xiàn)的(如圖3.5所示),液壓缸的伸縮運(yùn)動和夾料桿上的特殊凸耳共同作用驅(qū)動夾料桿反向旋轉(zhuǎn)。吊掛擺動裝置在徑向控制其徑向距離和補(bǔ)償其水平方向的微動。</p><p> 機(jī)架安置在環(huán)型加熱爐前,夾料
65、桿水平前行時,就近似一個懸臂梁,這就要求機(jī)架相對地基能過承受懸臂夾料桿傾反力矩的影響,因此,其固定必須采用有效可靠的措施。</p><p> 該方案對于夾料桿運(yùn)動控制較好,設(shè)備的制造,除液壓馬達(dá)和液壓缸之外,都可以從本廠直接獲取坯料并進(jìn)行加工。對于完成一些控制精度不高,生產(chǎn)效率一般的生產(chǎn)廠區(qū)比較實(shí)效。</p><p><b> 方案三</b></p>
66、<p> 該方案的設(shè)計與前兩個方案不同的地方是行走小車運(yùn)行于地面的水平軌道上。升降驅(qū)動用方案一的鏈?zhǔn)酵揭簤焊谆芈穼?shí)現(xiàn),旋轉(zhuǎn)運(yùn)動也按方案一的方法控制。這種方案省去了機(jī)架的材料和費(fèi)用,但是它卻占據(jù)了廠區(qū)大量的面積。一般來說廠區(qū)的面積是比較有限的,該方案只適合于某些專門的加熱爐出料而不從事其他流水作業(yè)的廠區(qū)。</p><p> 技術(shù)—經(jīng)濟(jì)評價法擇優(yōu)</p><p> 技術(shù)—經(jīng)
67、濟(jì)評價法的依據(jù)是相對價:其中包括方案的技術(shù)價和經(jīng)濟(jì)價,該法被定為德國工程師協(xié)會規(guī)范VDI—22225。</p><p><b> 技術(shù)評價</b></p><p> 通過技術(shù)分析驗(yàn)證所采用的技術(shù)原理的正確性,預(yù)測設(shè)計方案的性能,并確定詳細(xì)設(shè)計細(xì)節(jié),技術(shù)評價通過方案的技術(shù)價Wt進(jìn)行分析:</p><p> Wt= (3—1)</p&
68、gt;<p><b> 式中:</b></p><p> Pi—第i個技術(shù)評價指標(biāo)的評分值;</p><p> gi——第i個技術(shù)評價指標(biāo)的加權(quán)系數(shù);</p><p> Pmax——最高分值(本次設(shè)計評價中的高分值選用五分制)。</p><p> 注:Wt<0.6表示方案在技術(shù)上合適,必須改
69、進(jìn)。</p><p> 表 3—1 設(shè)計方案技術(shù)評價</p><p><b> 經(jīng)濟(jì)評價</b></p><p> 經(jīng)濟(jì)評價的目的是求方案的經(jīng)濟(jì)價We,也就是理想成本與實(shí)際制造成本的比值。</p><p> We=Hi/H(3—2)</p><p> 表 3.2設(shè)計方案的經(jīng)濟(jì)評價<
70、;/p><p> 注:一般取We≤0.7意味著實(shí)際成本高于允許生產(chǎn)成本,在經(jīng)濟(jì)上不合格。</p><p><b> 式中:</b></p><p> H—實(shí)際制造成本,包括材料費(fèi)用,工資費(fèi)用和一般管理費(fèi)用等。進(jìn)行經(jīng)濟(jì)評價時,H是理論值;</p><p> Hi—理想的制造成本。</p><p>
71、;<b> 技術(shù)—經(jīng)濟(jì)綜合評價</b></p><p><b> 總價值:</b></p><p><b> Wo=(3—3)</b></p><p><b> 三種方案的相對價:</b></p><p> W1===0.6409</p&
72、gt;<p> W1===0.7220</p><p> W1===0.6755</p><p> 圖中的OS表示開發(fā)線,方案越靠近開發(fā)線,說明方案的技術(shù)經(jīng)濟(jì)的綜合性越好,但是必須位于開發(fā)線的需用區(qū)域內(nèi)。</p><p> 評價決策結(jié)果:準(zhǔn)備采用方案二來進(jìn)行本次畢業(yè)設(shè)計。</p><p><b> 表 3—3
73、 優(yōu)度圖</b></p><p> 出鋼機(jī)械手參數(shù)設(shè)計計算</p><p><b> 機(jī)械手組成</b></p><p> 本次設(shè)計的出料機(jī)械手構(gòu)成主要包括(如圖4.1所示):</p><p> ●車 架:支承行走小車在某一固定水平高度上直線運(yùn)動,設(shè)有車輪軌道。</p><p
74、> ●行走小車:在車架上做直線運(yùn)動,后裝夾料桿和吊掛擺動裝置,在水平方向帶動夾料桿移動至加熱爐門前,其上還設(shè)同步擺桿機(jī)構(gòu),配合液壓缸完成垂直升降運(yùn)動。</p><p> 行走小車是承載夾料桿在水平方向前進(jìn)的主要裝置。行走小車配以兩個后輪,兩個后下輪,兩個前輪和兩個導(dǎo)向輪,其動作形式就是在水平軌道上前進(jìn)或后退。</p><p> 為控制行走小車在前進(jìn)方向的啟動速度和停止時間,還專
75、門設(shè)置了緩沖裝置—緩沖器HX—400。</p><p> 圖 4.1 出料機(jī)械手構(gòu)成</p><p> 1行走小車2車架3同步擺桿機(jī)構(gòu)4吊掛擺動機(jī)構(gòu)5夾料桿</p><p> 行走小車下部還設(shè)有同步擺桿機(jī)構(gòu)來控制夾料桿在垂直方向上的移動,同步擺桿機(jī)構(gòu)由兩個曲柄和一個連桿組成。同步擺桿機(jī)構(gòu)由液壓缸驅(qū)動,液壓缸端部固定在行走小車上,其運(yùn)動軌跡是弧形和伸縮的合成運(yùn)動
76、。A點(diǎn)軌跡促使C、E兩點(diǎn)同步運(yùn)動,C、E兩點(diǎn)是純弧形軌跡。就單純分析同步桿件來說,DE桿是一個虛約束,但是正是這個虛約束實(shí)現(xiàn)了夾料桿的同步升降。</p><p> 行走小車的動力源是液壓馬達(dá)。液壓馬達(dá)是將液壓能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的元件。即輸入壓力和流量,輸出轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速。液壓馬達(dá)后接減速器,經(jīng)減速器調(diào)速后輸出至行走小車的主動輪,驅(qū)動行走小車前進(jìn)。</p><p><b> ●夾料桿裝
77、配:</b></p><p> 夾料桿采用無縫鋼管成品,規(guī)格為Φ299×30-7280,材料為45鋼。每個管在管壁上加工出4個孔:2個Φ69mm的圓孔和2個鍵型孔(斷面如圖4.2所示)。由于管坯溫度較高,且材料為45鋼,所以容易發(fā)生化學(xué)反應(yīng)和變形,而且與所設(shè)計的夾料桿夾鉗上的半圓條相接觸時,容易發(fā)生粘接,所以必須配置降溫設(shè)備。</p><p> 在本次設(shè)計中,夾料
78、桿兩端有軸頭密封,夾料桿上的兩個Φ69mm的圓孔是用來實(shí)現(xiàn)水冷的,這兩個圓孔一個作為進(jìn)水口,一個作為出水口,冷卻水從進(jìn)水口流入,經(jīng)過冷水管與無縫鋼管之間的縫隙,然后通過鍵型孔流入夾鉗內(nèi)部,之后冷卻水在壓力作用下經(jīng)回水管進(jìn)入冷水管,再從出水口流出,完成冷卻過程。在這個過程中,不僅對夾鉗有很好的冷卻作用,對于工作在較高溫度下的夾料桿桿臂也有較好的冷卻作用。冷卻過程的控制是通過溫度傳感器實(shí)現(xiàn)的,當(dāng)夾料桿鉗口達(dá)到某一溫度時,溫度傳感器獲得信號并
79、將信號傳至給控制器,從而開啟進(jìn)水管進(jìn)行冷卻。</p><p> 夾料桿夾取管坯時的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動是由液壓缸驅(qū)動的,即在夾料桿尾部徑向配以液壓缸,并在夾料桿上設(shè)有特殊的凸耳結(jié)構(gòu),通過液壓缸的伸縮實(shí)現(xiàn)兩夾料桿旋轉(zhuǎn)。為使兩夾料桿不會因徑向竄動而引起徑向距離變化,在夾料桿上設(shè)有弧形塊,從而避免了夾鉗啟閉用液壓缸行程偏小而無法夾取坯料,或行程偏大,在夾取坯料時,坯料在徑向受擠壓而產(chǎn)生變形。</p><p&g
80、t; 本次設(shè)計還在夾料桿外壁上采取了一定的措施:</p><p> 1) 在夾料桿端部通過齒輪嚙合來控制旋轉(zhuǎn)角度,其分度圓所在位置的半徑與夾料桿外圓半徑控制在同一尺寸上;</p><p> 2) 在夾料桿的中間部位配以弧形塊,作用同1)。</p><p> 由于夾料桿長度較長,而且只有尾部固定在同步擺桿機(jī)構(gòu)的曲柄一上,雖然在垂直面內(nèi)的移動已被約束,但仍可轉(zhuǎn)動
81、,為使夾料桿能保持水平,在其中間偏尾部設(shè)計一吊掛擺動裝置,并通過鏈條傳動的輔助作用來維持其與尾部的同步旋轉(zhuǎn),此外,吊掛擺動裝置還可以控制其徑向方面的移動。</p><p><b> ●冷卻裝置:</b></p><p> 包括液壓冷卻裝置和夾料桿內(nèi)水冷裝置,本次設(shè)計只對水冷裝置進(jìn)行設(shè)計。此外,本次設(shè)計中還簡單提到了出料機(jī)械手拖鏈機(jī)構(gòu)、事故卷揚(yáng)機(jī)和出料機(jī)械手傳感器裝
82、置等。</p><p> 出料機(jī)械手的循環(huán)動作</p><p> 當(dāng)管坯加熱到合適溫度,加熱爐門打開,出料機(jī)械手開始動作。</p><p> 首先,出料機(jī)械手通過液壓馬達(dá)驅(qū)動,再經(jīng)過后接的減速器調(diào)速后,驅(qū)動行走小車在水平軌道上前進(jìn),小車的啟動過程是一個勻加速直線運(yùn)動,到達(dá)最高速度后開始做勻速直線運(yùn)動,當(dāng)快到達(dá)限動橫梁時做勻減速直線運(yùn)動。為使其減速反應(yīng)快速、敏捷
83、,還在行走小車上裝有緩沖裝置—緩沖器,用以防止車速過高沖出軌道,造成設(shè)備損傷,甚至傷及在場工作人員等事故的發(fā)生。</p><p> 當(dāng)出料機(jī)械手運(yùn)行至坯料上方時,水平運(yùn)動快速平穩(wěn)停止,液壓缸一收縮調(diào)節(jié)同步擺桿機(jī)構(gòu)下降至可以夾取坯料的位置后停止,然后通過液壓缸二配合吊掛擺動裝置中的液壓缸三的協(xié)作運(yùn)動使夾料桿的夾取鉗口打開,夾取坯料,接著通過液壓缸一的伸出使夾料桿連同所夾取的坯料上升至之前的高度,液壓馬達(dá)再次驅(qū)動行
84、走小車水平動作后退至運(yùn)料軌道正上方,液壓缸一收縮運(yùn)動使夾料桿下降;最后,通過液壓缸二、三的協(xié)作運(yùn)動使夾料桿鉗口打開,管坯脫開停放在了運(yùn)料軌道上。重復(fù)以上步驟,直至環(huán)型加熱爐中管坯夾取完畢。</p><p> 其工作順序簡圖如下:</p><p> 圖 4.3出料機(jī)械手循環(huán)控制圖</p><p><b> 主要參數(shù)的設(shè)計計算</b><
85、/p><p> 管坯規(guī)格: Φ180mm管坯: L1=1.5~4.5m M1=900Kg</p><p> Φ270mm管坯: L2=1.3~4.36m M2=2030Kg</p><p> 出料頻率:f=120根/h</p><p> 出料機(jī)械手行程:L=8100+250×2=8600mm</p><
86、;p> 出料機(jī)械手最大行程:Lmax=8100mm</p><p> 出料機(jī)械手最小行程:Lmin=5700mm</p><p> 爐內(nèi)升降行程:H內(nèi)=350mm</p><p> 爐外升降行程:H外=190mm</p><p><b> 初定行程用時</b></p><p>
87、因加熱爐是環(huán)型,管坯沿徑向分布(如圖4.4所示),所以每次取完爐口的管坯,接下來就要取與已經(jīng)夾取的管坯相對處的管坯以減少環(huán)型加熱爐的動載荷,故可以看做每次循環(huán)夾取兩根管坯。出料頻率為120根/小時,即:每分鐘兩根??紤]到設(shè)備的反應(yīng)滯后,摩擦磨損帶來的時間消耗以及液壓傳動的緩沖和排氣方面的影響因素:設(shè)</p><p> 出料機(jī)械手最大工作行程用時:7.4s</p><p> 爐內(nèi)升降行程
88、用時:1.4s</p><p> 爐外升降行程用時:0.76s</p><p> 夾鉗啟閉用時:0.5s</p><p> 保守估計單次循環(huán)累計用時:</p><p> T=(7.4+1.4+0.5+0.5+1.4+7.4+0.76+0.5+0.5+0.76)×2=42.24s<60s</p><p
89、> 以下設(shè)計計算用時皆按上述假設(shè)進(jìn)行。</p><p> 旋轉(zhuǎn)用液壓缸負(fù)載壓力</p><p> 圖4.5 夾鉗受力圖</p><p> 當(dāng)夾取Φ180mm管坯時,根據(jù)理論力學(xué)知識對坯料進(jìn)行受力分析,如圖4.5所示。</p><p> 在圖(a)左半部分為夾鉗的初始位置,右半部分為剛好夾住坯料的位置,根據(jù)圖中的幾何尺寸,可得:
90、 </p><p> 在圖(b)中: G=2F (4—1)</p><p> Φ180mm坯料的重量:G=mg=900×9.8=8820N</p><p> 將G及θ的值代入式(4—1)得:F=39.2KN</p><p> 故夾取Φ180mm坯料時,鉗口所受壓力為39.2KN,鉗口擺角為12.92。夾鉗在工作過程
91、中,鉗口還需反向旋轉(zhuǎn),故夾鉗鉗口總擺動角度應(yīng)取α>2θ,而2θ=,故取α=13。</p><p> 當(dāng)夾取Φ270mm坯料時,同理由幾何關(guān)系可得擺角:</p><p> Φ270mm規(guī)格的坯料的最大重量:</p><p> G=mg=2030×9.8=19894N</p><p> 將G及θ的值代入式(4—1)得:&l
92、t;/p><p><b> F=141.2KN</b></p><p> 即夾取Φ270mm坯料口所受壓力為141.2KN,鉗口擺角取α=17。</p><p> 設(shè)計中取數(shù)值較大的鉗口擺角:α=13,鉗口開啟壓力:F=141.2KN。</p><p> 故液壓缸的負(fù)載壓力為: F旋==200.3KN</p
93、><p> 吊掛擺動裝置液壓缸負(fù)載壓力計算</p><p> 行走小車底部設(shè)有同步擺桿機(jī)構(gòu),左邊的曲柄與夾料桿相接,夾料桿的左端已經(jīng)固定了一個液壓缸來控制鉗口的開啟,因此,吊掛擺動裝置中液壓缸的作用:一是維持夾料桿旋轉(zhuǎn);二是保持夾料桿工作同步,故在吊掛擺動裝置上使用的液壓缸負(fù)載壓力就稍小于夾料桿夾鉗開閉驅(qū)動液壓缸的負(fù)載壓力,其行程由行走小車下端尾部耳環(huán)固定的間距和夾鉗啟閉液壓缸行程計算,其
94、選型可以在高壓重型液壓缸系列中選擇稍小于夾鉗啟閉液壓缸一號即可。</p><p> 同步擺桿機(jī)構(gòu)尺寸計算</p><p> 夾料桿在爐內(nèi)升降行程為350mm,爐外升降行程為190mm,同步擺桿機(jī)構(gòu)的兩個曲柄安裝高度差為160mm,由同步擺桿機(jī)構(gòu)的相關(guān)知識,我們知道兩曲柄接夾料桿處運(yùn)動軌跡是完全一樣的。曲柄一中A、B和C三點(diǎn)在同一條直線上,可以將其簡化為桿件來進(jìn)行計算,從而確定A點(diǎn)的上升
95、下降高度,也就是升降驅(qū)動液壓缸的工作行程范圍。</p><p> 圖4.6 同步擺桿機(jī)構(gòu)尺寸計算圖</p><p> 如圖4.6所示,在圖(a)中,由條件AB=406mm,BC=580mm,DE=BF=175mm知:</p><p> 故:AD=AE-DE=297.5-175=122.5mm</p><p> 圖(b)為夾料桿在爐內(nèi)
96、下降350mm時,曲柄一的位置圖,其中: =BF+350=525mm,=406mm,=580mm,由圖中幾何關(guān)系知:</p><p><b> 故: </b></p><p> 綜上可知:兩點(diǎn)在垂直方向上的高度差為。考慮到液壓缸在垂直面內(nèi)的擺動和其他因素產(chǎn)生的冗余伸長的影響,將其圓整為250mm。</p><p> 夾料桿升降驅(qū)動液壓缸
97、負(fù)載壓力計算</p><p> 1、夾料桿下降時,同步擺桿機(jī)構(gòu)所承受的載荷必須考慮到夾料桿重量、吊掛擺動裝置重量和夾料桿內(nèi)部水的重量:</p><p> G1=G夾+G吊+G水(4—2)</p><p> 因下降時剛開始進(jìn)行水冷,夾料桿內(nèi)部水的重量可以忽略,故:</p><p> G1≈G夾+G吊(4—3)</p>
98、<p> 將m夾=4845kg,m吊=127kg代入上式,得:</p><p> G1=(4845+127)×9.8=48.7KN</p><p> 因?yàn)閵A料桿在爐內(nèi)下降時同步擺桿機(jī)構(gòu)所承受的載荷要小于夾料桿夾取管坯上升時同步擺桿機(jī)構(gòu)所承受的載荷,所以我們可以根據(jù)上升時同步擺桿機(jī)構(gòu)所承受的載荷計算出升降液壓缸負(fù)載壓力。</p><p>
99、2、夾料桿在爐內(nèi)上升時也必須考慮夾料桿重量、吊掛擺動裝置重量以及水冷時管內(nèi)水的重量和管坯重量,故:</p><p> G2=G夾+G吊+G水+G管坯(4—4)</p><p> 其中:m夾=4845kg,m吊=127kg,m水=V水×ρ水,m管坯=2030kg</p><p> 下面計算夾料桿內(nèi)冷水的質(zhì)量:</p><p>
100、 夾料桿內(nèi)圓橫截面面積:</p><p> S=π·r2(4—5)</p><p> ===44862.7mm2</p><p> 單根無縫鋼管長:L=7280mm</p><p> 冷水的體積:V水=2×S×L=2×44862.7×7280×=0.653</p
101、><p> 冷水的質(zhì)量:m水= V水×ρ水=0.653×1000kg=653kg</p><p> 將各值代入式(4—4):</p><p> G2=(m夾+m吊+m管+m水)·g</p><p> =(6845+127+2030+653)×9.8×</p><p&g
102、t;<b> =88.2KN</b></p><p> 確定同步擺桿機(jī)構(gòu)下裝整個設(shè)備的重量后,還必須計算整個設(shè)備的重心水平坐標(biāo),之后才能確定同步擺桿機(jī)構(gòu)兩曲柄分別所受載荷。</p><p> 首先,根據(jù)夾料桿裝配各零部件的位置以及重量確定夾料桿的重心,然后,再計算夾料桿裝配、吊掛擺動裝置、管內(nèi)冷卻水和管坯的整體重心位置。</p><p>
103、 經(jīng)過計算,可以求得夾料桿裝配、吊掛擺動裝置、冷卻水和管坯各自的重心:x夾=3751mm,x吊=3751mm,x水=3751mm,x管=3751mm(如圖4.7所示)。</p><p><b> 圖4. 7</b></p><p> 根據(jù)上圖,同步擺桿機(jī)構(gòu)下裝設(shè)備的水平重心為:</p><p><b> =4764mm<
104、/b></p><p><b> 列平衡方程:</b></p><p><b> =88.2KN</b></p><p><b> 解得: </b></p><p> 3、同步擺桿機(jī)構(gòu)中的連桿通過兩個鉸鏈與兩個曲柄相連,為一二力桿。將同步擺桿機(jī)構(gòu)約束除去,用外力
105、代替施力物體,對曲柄一、二和連桿進(jìn)行受力分析,如下圖所示。</p><p> 根據(jù)受力分析列平衡方程(其中):</p><p> 曲柄一:Fx=0,=0</p><p><b> Fy=0,</b></p><p> MB=0,F(xiàn)A×387-FD×295.3-FC×552=0<
106、;/p><p> 曲柄二:Fx=0,</p><p><b> Fy=0,</b></p><p> ME=0,F(xiàn)F×295.3-FG×552=0</p><p><b> 連桿:</b></p><p><b> 其中:,</
107、b></p><p> 將FC=代入上式,可得:</p><p> FA=125.8KN</p><p><b> 車輪驅(qū)動力的計算</b></p><p> 車輪運(yùn)行于鋼質(zhì)導(dǎo)軌上,其驅(qū)動力必須考慮到滾動摩阻,下面簡要說明這種滾動摩阻的形成原因及特性。</p><p><b&g
108、t; 圖4. 11 </b></p><p> 設(shè)在水平面上有一滾子,半徑為R,重為P,在其中心O加一水平力F(如圖4.11所示)。當(dāng)力F不大時,滾子仍將保持靜止,由滾子的受力情況可知,滾子受到的力有法向反力FN,它與P等值反向,靜滑動摩擦力,它與F等值反向(如圖4.12示)。如果水平面對滾子的反力僅有FN和FS,則滾子不可能保持平衡。因?yàn)镕S不僅能阻止?jié)L子滾動,反而與力F組成一個力偶,使?jié)L子發(fā)生
109、滾動,但實(shí)際上當(dāng)力F較小時,滾子能夠保持平衡,其原因是滾子和水平面并不是剛體,它們在力的作用下都會發(fā)生變形,它們之間接觸處并不是一個點(diǎn),而是一段弧線,輪子在接觸面上受力分布力作用,當(dāng)將這些力向A點(diǎn)簡化時,可得到一個合力FR(FR可分解為摩擦力FS 和正壓力FN)和一個力偶,其力偶矩為Mf,如圖4.12所示,這個矩為Mf的力偶稱為滾動摩阻力偶,它與力偶(F,F(xiàn)S)相平衡,方向與滾動的趨勢方向相反。</p><p>
110、 與靜滑動摩擦力相似,滾動摩阻力偶矩Mf也隨著主動力的增大而增大當(dāng)力F增加到某個值時,滾子處于將滾未滾的臨界平衡狀態(tài);這時,滾動摩阻力偶矩達(dá)到最大值,稱為最大滾動摩阻力偶矩,用Mmax表示。若力F再增大一點(diǎn),輪子就會滾動。</p><p> 由此可見,滾動摩阻力偶矩Mf的大小介于零與最大值之間,即,</p><p> 0M Mmax(4—6)</p><p>
111、; 實(shí)驗(yàn)證明,最大滾動摩阻力偶矩Mmax與支承面的法向反力FN的大小成正比,即</p><p> Mmax=δ·FN (4—7)</p><p><b> 圖4. 12</b></p><p> 滾動摩阻系數(shù)用實(shí)驗(yàn)測定,它與滾子和支承面的材料的硬度和溫度有關(guān),與滾子的半徑無關(guān)。表4—1是幾種常見材料的滾動摩阻系數(shù)的值。<
112、;/p><p> 行走小車車軌支承力:P=G2+G車</p><p><b> G2=88.2KN</b></p><p> G車=5017×9.8=49.2KN</p><p> 故:P=88.2+49.2=137.4KN</p><p> 據(jù)滾動摩阻定律: Mmax=δ&
113、#183;FN</p><p> FN=88.2+49.2=137.4KN</p><p> 查表4—1知:δ=0.5mm Mmax=68.7N·m</p><p> 小車最大行程:L=(8100+250×2)=8600mm</p><p> 實(shí)際最大行程:L=8100mm</p><p&
114、gt;<b> 小車運(yùn)行速度:ν=</b></p><p> 根據(jù)緩沖計算摩擦力:=3007.6J</p><p><b> F=</b></p><p> 小車驅(qū)動功率:P=Fν=371.3×1094.6=406.4KW</p><p> 表4—1 滾動摩阻系數(shù)δ</
115、p><p> 液壓缸及減速緩沖元件的選用</p><p> 本次設(shè)計中液壓馬達(dá)和減速器均需設(shè)計,并按設(shè)計要求進(jìn)行制造與裝配,以保證設(shè)備性能和控制精度,但液壓馬達(dá)和減速器的設(shè)計不是本次設(shè)計的重點(diǎn),故只說明其型號和功能參數(shù)。</p><p><b> 液壓馬達(dá)選擇</b></p><p> 液壓馬達(dá)是把液壓能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能
116、的元件,輸入壓力和流量輸出轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速。液壓馬達(dá)按結(jié)構(gòu)可分為齒輪式、葉片式和柱塞式。</p><p> 本次設(shè)計選用液壓馬達(dá)型號為A2F200W2P2</p><p> 注: A—馬達(dá)型號 2—無連桿 F—壓力級 </p><p> 200—工程排量 W —控制設(shè)計變量 2—主體設(shè)計序號</p><p> P—
117、平鍵連接 2 —裝配形式</p><p><b> 主要參數(shù):</b></p><p> 排量:200ml/r 最大工作壓力:10MPa 最高轉(zhuǎn)速:1700r/min</p><p><b> 液壓缸選擇</b></p><p> 夾鉗啟閉用液壓缸的選擇</p>
118、<p> 在4.3.2節(jié)中已經(jīng)計算出液壓缸最大負(fù)載工作壓力:F旋=200.3KN。</p><p> 查參考文獻(xiàn)[7]表2—51和表2—52,選擇液壓缸內(nèi)徑D=80mm,活塞桿直徑d=56mm,滿足要求。</p><p> 因夾鉗相對液壓缸旋轉(zhuǎn)角度為θ=6.46,也就是說,夾鉗啟閉液壓缸的行程為:</p><p><b> L=2(5—
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